A beginner's guide to quantum computing | Shohini Ghose

Translator: Kim Ngoc Tran Reviewer: Quyen Phan

Hãy chơi một trò chơi.

Tưởng tượng ban đang ở Las Vegas,

trong một sòng bạc,

và bạn quyết định chơi một trò trên một trong những máy tính

Let's play a game.

ở sòng bạc đó,

Imagine that you are in Las Vegas,

như bạn có thể solitaire hoặc cờ vua.

in a casino,

Máy tính có thể thực hiện các nước trong trò chơi, như con người.

and you decide to play a game on one of the casino's computers,

Đó là trò tung đồng xu.

just like you might play solitaire or chess.

Bắt đầu với một đồng xu lật ngửa,

The computer can make moves in the game, just like a human player.

và máy tính sẽ chơi trước.

Nó sẽ chọn có lật đồng xu hay không,

This is a coin game.

It starts with a coin showing heads,

nhưng bạn không hề biết kết quả.

Sau đó, đến lượt của bạn.

and the computer will play first.

Bạn cũng chọn có lật đồng xu hay không,

It can choose to flip the coin or not,

và đối thủ của bạn, là máy tính cũng không hề biết nước đi đó.

but you don't get to see the outcome.

Next, it's your turn.

Cuối cùng, máy tính lại chơi tiếp - chọn lựa giữa việc

You can also choose to flip the coin or not,

có lật đồng xu hay không

and your move will not be revealed to your opponent, the computer.

và sau ba lượt chơi,

đồng xu được hiển thị ra,

Finally, the computer plays again, and can flip the coin or not,

và nếu nó lật ngửa, máy tính thắng,

còn nếu nó úp, thì bạn thắng.

and after these three rounds,

Vậy đó là một trò khá đơn giản,

the coin is revealed,

và nếu mọi người chơi trung thực, và đồng xu hợp lệ,

and if it is heads, the computer wins,

thì bạn có 50 phần trăm cơ hội để thắng trò chơi này.

if it's tails, you win.

So it's a pretty simple game,

Và để xác nhận,

and if everybody plays honestly, and the coin is fair,

tôi yêu cầu các học trò của mình chơi trò này trên máy tính,

then you have a 50 percent chance of winning this game.

và sau nhiều, nhiều lần thử,

tỷ lệ chiến thắng của họ cũng đạt 50 phần trăm, hay gần 50 phần trăm,

And to confirm that,

I asked my students to play this game on our computers,

như dự đoán.

Nghe có vẻ rất nhàm chán, phải không?

and after many, many tries,

Nhưng nếu bạn chơi trò này trên máy tính lượng tử thì sao?

their winning rate ended up being 50 percent, or close to 50 percent,

as expected.

Hiện giờ, các sòng bạc ở Las Vegas không có máy tính lượng tử,

Sounds like a boring game, right?

theo như tôi biết,

But what if you could play this game on a quantum computer?

nhưng IBM đã tạo ra một máy tính lượng tử hoạt động được.

Now, Las Vegas casinos do not have quantum computers,

Nó ở đây.

Nhưng máy tính lượng tử là gì?

as far as I know,

Vâng, vật lý lượng tử mô tả

but IBM has built a working quantum computer.

hành vi của những nguyên tử và các hạt cơ bản,

Here it is.

But what is a quantum computer?

như electron và proton.

Well, quantum physics describes

Vậy máy tính lượng tử hoạt động

bằng cách kiểm soát hành vi của các hạt đó,

the behavior of atoms and fundamental particles,

nhưng theo cách hoàn toàn khác so với máy tính thông thường của chúng ta.

like electrons and photons.

So a quantum computer operates

Vậy nên máy tính lượng tử không chỉ là một phiên bản mạnh hơn

by controlling the behavior of these particles,

của máy tính chúng ta hiện nay,

but in a way that is completely different from our regular computers.

như việc bóng đèn thì không phải là một cây nến chói hơn được.

So a quantum computer is not just a more powerful version

Bạn không thể phát minh bóng đèn bằng cách tạo ra những cây nến sáng hơn và đẹp hơn.

of our current computers,

just like a light bulb is not a more powerful candle.

Bóng đèn là một công nghệ khác,

dựa trên hiểu biết sâu hơn về khoa học.

You cannot build a light bulb by building better and better candles.

Tương tự, máy tính lượng tử là một loại thiết bị mới,

A light bulb is a different technology,

dựa trên khoa học về vật lý lượng tử,

based on deeper scientific understanding.

và giống như bóng đèn giúp thay đổi xã hội

Similarly, a quantum computer is a new kind of device,

thì máy tính lượng tử cũng có tiềm năng nhằm tác động

based on the science of quantum physics,

đến nhiều mặt trong cuộc sống chúng ta,

gồm nhu cầu bảo mật, chăm sóc sức khỏe của chúng ta và cả Internet.

and just like a light bulb transformed society,

quantum computers have the potential to impact

Vì vậy các công ty khắp thế giới đang nỗ lực chế tạo các thiết bị này,

so many aspects of our lives,

including our security needs, our health care and even the internet.

và để xem sự phấn khích đó rốt cuộc là gì,

hãy chơi trò đó trên máy tính lượng tử.

So companies all around the world are working to build these devices,

Tôi có thể đăng nhập vào máy tính lượng tử của IBM ngay tại đây,

and to see what the excitement is all about,

let's play our game on a quantum computer.

nghĩa là tôi có thể chơi từ xa,

và bạn cũng thế.

So I can log into IBM's quantum computer from right here,

Để điều đó diễn ra, bạn hãy nhớ rằng đã nhận email trước đó, từ TED,

which means I can play the game remotely,

hỏi rằng bạn có chọn lật đồng xu hay không,

and so can you.

To make this happen, you may remember getting an email ahead of time, from TED,

nếu như bạn chơi.

Vâng, thực ra, chúng tôi bảo bạn chọn giữa hình tròn và hình vuông.

asking you whether you would choose to flip the coin or not,

Bạn không biết đâu, nhưng chọn hình tròn nghĩa là “lật đồng xu”,

if you played the game.

Well, actually, we asked you to choose between a circle or a square.

còn chọn hình vuông nghĩa là “không lật”.

Chúng tôi nhận được 372 phản hồi.

You didn't know it, but your choice of circle meant "flip the coin,"

Cảm ơn.

Điều đó nghĩa là chúng tôi có thể chơi 372 ván với máy tính lượng tử

and your choice of square was "don't flip."

We received 372 responses.

dựa vào sự lựa chọn của các bạn.

Và nó là một trò chơi khá nhanh,

Thank you.

That means we can play 372 games against the quantum computer

nên tôi có thể đưa ra kết quả ngay tại đây.

Rất tiếc, bạn làm không tốt lắm.

using your choices.

And it's a pretty fast game to play,

(Cười)

Máy tính lượng tử thắng hầu hết các ván.

so I can show you the results right here.

Nó chỉ thua vài lần vì lỗi vận hành của máy tính.

Unfortunately, you didn't do very well.

(Laughter)

(Cười)

The quantum computer won almost every game.

Vậy nó đạt được chuỗi thắng đáng kinh ngạc này như thế nào?

It lost a few only because of operational errors in the computer.

Trông có vẻ như ma thuật hay gian lận vậy,

(Laughter)

nhưng thực ra đó là vật lý lượng tử trong thực tế.

So how did it achieve this amazing winning streak?

Đây là cách hoạt động của nó:

Máy tính thường mô phỏng mặt úp hay ngửa của đồng xu bằng một bit

It seems like magic or cheating,

but actually, it's just quantum physics in action.

(số không hay số một),

Here's how it works.

hay một dòng điện bật và tắt bên trong con chíp máy tính của bạn.

A regular computer simulates heads or tails of a coin as a bit,

Máy tính lượng tử hoàn toàn khác biệt.

a zero or a one,

Một bit lượng tử có định dạng phi nhị phân linh hoạt hơn.

or a current flipping on and off inside your computer chip.

A quantum computer is completely different.

Nó có thể tồn tại ở dạng siêu vị trí, một sự kết hợp giữa không và một,

A quantum bit has a more fluid, nonbinary identity.

với chút xác suất là không và chút xác suất là một.

It can exist in a superposition, or a combination of zero and one,

Nói cách khác, định dạng của nó nằm trên một phổ.

with some probability of being zero and some probability of being one.

Ví dụ như, nó có thể có 70 phần trăm cơ hội là không

và 30 phần trăm cơ hội là một

In other words, its identity is on a spectrum.

hay 80-20 hay 60-40.

For example, it could have a 70 percent chance of being zero

Những trường hợp đó là vô hạn.

and a 30 percent chance of being one

Mấu chốt ở đây

or 80-20 or 60-40.

là chúng ta phải từ bỏ các giá trị chính xác của không và một

và cho phép một số không xác định.

The possibilities are endless.

The key idea here

Vì thế trong trò chơi này,

máy tính lượng tử tạo nên một dạng kết hợp linh hoạt của úp và ngửa,

is that we have to give up on precise values of zero and one

and allow for some uncertainty.

không và một,

nên bất kể người chơi làm gì,

So during the game,

the quantum computer creates this fluid combination of heads and tails,

lật hay không lật,

siêu vị trí vẫn nguyên vẹn.

Y như việc trộn lẫn hỗn hợp hai chất lỏng.

zero and one,

so that no matter what the player does,

flip or no flip,

Bất kể bạn có khuấy, chất lỏng đó vẫn là hỗn hợp,

the superposition remains intact.

It's kind of like stirring a mixture of two fluids.

nhưng trong nước đi cuối cùng,

máy tính lượng tử sẽ tách riêng số không và số một,

Whether or not you stir, the fluids remain in a mixture,

hoàn toàn khôi phục mặt ngửa để bạn luôn thua.

but in its final move,

(Cười)

the quantum computer can unmix the zero and one,

Nếu bạn nghĩ nó hơi dị, thì bạn hoàn toàn đúng.

perfectly recovering heads so that you lose every time.

Những đồng xu bình thường không tồn tại ở dạng kết hợp của mặt ngửa và úp.

(Laughter)

If you think this is all a bit weird, you are absolutely right.

Chúng ta không thử nghiệm thực tế dạng hỗn hợp lượng tử này

Regular coins do not exist in combinations of heads and tails.

trong cuộc sống hằng ngày.

Nên nếu bạn bối rối vì lượng tử,

We do not experience this fluid quantum reality

đừng lo, bạn đang hiểu nó đấy.

(Cười)

in our everyday lives.

Nhưng ngay cả khi chúng ta không trải nghiệm sự kỳ lạ của lượng tử,

So if you are confused by quantum,

don't worry, you're getting it.

chúng ta có thể thấy tác dụng của nó trong thực tế.

(Laughter)

Chính bạn đã thấy dữ liệu đó.

But even though we don't experience quantum strangeness,

Máy tính lượng tử thắng

vì nó khai thác siêu vị trí và sự vô định,

we can see its very real effects in action.

You've seen the data for yourself.

và những đặc tính lượng tử đó rất mạnh mẽ,

The quantum computer won

không chỉ để thắng trò tung đồng xu,

because it harnessed superposition and uncertainty,

mà còn để xây dựng những công nghệ lượng tử trong tương lai.

and these quantum properties are powerful,

Để tôi cho bạn ba ví dụ về những ứng dụng tiềm năng

not just to win coin games,

sẽ thay đôi cuộc sống ta.

but also to build future quantum technologies.

Thứ nhất, sự vô định của lượng tử có thể sử dụng để tạo ra

So let me give you three examples of potential applications

những giải pháp riêng

giúp mã hóa tin nhắn được gửi từ một nơi đến một nơi khác

that could change our lives.

First of all, quantum uncertainty could be used to create private keys

khiến tin tặc không thể bí mật sao chép thông tin

một cách hoàn hảo

for encrypting messages sent from one location to another

bởi vì sự vô định của lượng tử.

Họ chắc hẳn sẽ phá vỡ các định luật của vật lý lượng tử

so that hackers could not secretly copy the key perfectly,

để hack thông tin.

because of quantum uncertainty.

Vậy loại mã hóa không thể phá vỡ này đã được thử nghiệm bởi các ngân hàng

They would have to break the laws of quantum physics

và các cơ sở khác khắp thế giới.

to hack the key.

Ngày nay, chúng ta sử dụng hơn 17 tỷ thiết bị kết nối trên toàn cầu.

So this kind of unbreakable encryption is already being tested by banks

and other institutions worldwide.

Hãy tưởng tượng tác động của bảo mật lượng tử trong tương lai.

Today, we use more than 17 billion connected devices globally.

Thứ hai, công nghệ lượng tử cũng có thể thay đổi dịch vụ chăm sóc sức khoẻ

Just imagine the impact quantum encryption could have in the future.

và y học.

Ví dụ, thiết kế và phân tích các phân tử để phát triển thuốc

Secondly, quantum technologies could also transform health care and medicine.

là một vấn đề đầy thách thức hiện nay,

và đó là vì việc miêu tả và tính toán chính xác

For example, the design and analysis of molecules for drug development

tất cả các đặc tính lượng tử của tất cả các hạt trong phân tử,

is a challenging problem today,

and that's because exactly describing and calculating

là một nhiệm vụ khó về mặt tính toán, ngay cả với siêu máy tính của chúng ta.

all of the quantum properties of all the atoms in the molecule

Nhưng máy tính lượng tử sẽ làm tốt hơn,

vì nó vận hành dựa trên những tính chất lượng tử tương tự

is a computationally difficult task, even for our supercomputers.

phân tử mà nó đang cố gắng mô phỏng.

But a quantum computer could do better,

Vậy những mô phỏng lượng tử quy mô lớn trong tương lai để phát triển thuốc

because it operates using the same quantum properties

có thể dẫn đến các phương pháp điều trị những căn bệnh như Alzheimer’s,

as the molecule it's trying to simulate.

So future large-scale quantum simulations for drug development

đã ảnh hưởng hàng ngàn sinh mạng.

Và thứ ba, ứng dụng lượng tử yêu thích của tôi

could perhaps lead to treatments for diseases like Alzheimer's,

là sự chuyển dịch thông tin từ một chỗ sang một chỗ khác

which affects thousands of lives.

mà không cần truyền tải thông tin về mặt vật lý.

And thirdly, my favorite quantum application

is teleportation of information from one location to another

Nghe giống khoa học viễn tưởng vậy, nhưng nó vẫn khả thi,

vì những đặc tính hỗn hợp này của phân tử lượng tử

without physically transmitting the information.

có thể bị cuốn vào không gian và thời gian

Sounds like sci-fi, but it is possible,

theo cách mà khi bạn thay đổi điều gì đó về phân tử này,

because these fluid identities of the quantum particles

nó tác động lên cái khác,

can get entangled across space and time

và tạo ra một kênh chuyển dịch.

in such a way that when you change something about one particle,

Điều đó được chứng minh trong các phòng thí nghiệm

và có thể là một phần của mạng lưới lượng tử trong tương lai.

it can impact the other,

and that creates a channel for teleportation.

Chúng ta chưa có mạng lưới kiểu đó,

It's already been demonstrated in research labs

nhưng nhóm tôi đang làm việc với những khả năng đó,

and could be part of a future quantum internet.

qua việc mô phỏng một mạng lưới lượng tử trên một máy tính lượng tử.

We don't have such a network as yet,

Chúng tôi đã thiết kế và triển khai một số giao thức mới thú vị

but my team is working on these possibilities,

by simulating a quantum network on a quantum computer.

như chuyển dịch tức thời giữa các người dùng trong mạng lưới

So we have designed and implemented some interesting new protocols

và truyền tải thông tin hiệu quả

và thậm chí cả bỏ phiếu an toàn.

such as teleportation among different users in the network

Nên điều đó rất thú vị đối với tôi, với tư cách là một nhà vật lý lượng tử.

and efficient data transmission

Tôi hết sức khuyên dùng nó.

(Cười)

and even secure voting.

Chúng ta là nhà thám hiểm trong thế giới lượng tử thần tiên.

So it's a lot of fun for me, being a quantum physicist.

Ai biết được ứng dụng tiếp theo mà chúng ta khám phá là gì.

I highly recommend it.

(Laughter)

Chúng ta phải bước đi một cách cẩn thận và có trách nhiệm

We get to be explorers in a quantum wonderland.

khi xây dụng tương lai lượng tử của mình.

Who knows what applications we will discover next.

Và với cá nhân tôi,

tôi không thấy rằng vật lý lượng tử chỉ là công cụ để xây dựng máy tính lượng tử.

We must tread carefully and responsibly

as we build our quantum future.

Tôi xem máy tính lượng tử là một cách để khám phá những bí ẩn của thiên nhiên

And for me, personally,

I don't see quantum physics as a tool just to build quantum computers.

và tiết lộ thêm về thế giới bí ẩn này ngoài trải nghiệm của chúng tôi.

I see quantum computers as a way for us to probe the mysteries of nature

Con người chúng ta thật tuyệt vời làm sao,

khi với khả năng tiếp cận vũ trụ tương đối hạn chế của mình,

and reveal more about this hidden world outside of our experiences.

vẫn có thể nhìn xa hơn những chân trời

chỉ bằng trí tưởng tượng và sự khéo léo.

How amazing that we humans,

with our relatively limited access to the universe,

Và vũ trụ thưởng cho chúng ta

can still see far beyond our horizons

bằng cách cho chúng ta thấy nó vô cùng thú vị và bất ngờ như thế nào.

just using our imagination and our ingenuity.

Tương lai về cơ bản là không chắc chắn,

And the universe rewards us

by showing us how incredibly interesting and surprising it is.

và với tôi, điều đó chắc chắn rất thú vị.

Cảm ơn.

The future is fundamentally uncertain,

(Vỗ tay)

and to me, that is certainly exciting.

Thank you.

(Applause)